探析電器試驗中計算機數(shù)據(jù)檢測與處理技術(shù)

廣州大學(xué) 莫 靖

廣東理工學(xué)院 陳波鳴

廣州商學(xué)院 陳馬源

本文主要從電器試驗的角度出發(fā)，對計算機數(shù)據(jù)檢測與處理技術(shù)展開研究，分析計算機電壽命試驗裝置的工作原理以及數(shù)據(jù)采集技術(shù)，與此同時還介紹了電壓頻率以及功率因數(shù)的計算方式，意在提高計算機技術(shù)在電器試驗中的利用率，充分發(fā)揮其作用，希望對相關(guān)工作人員具有一定參考價值。

近年來計算機技術(shù)應(yīng)用得越來越廣泛，各行各業(yè)的發(fā)展均離不開計算機技術(shù)，尤其是在電器試驗中，更加需要使用計算機技術(shù)進行邏輯控制、數(shù)據(jù)分析處理以及數(shù)據(jù)顯示等，該技術(shù)可以顯著提升電器試驗工作的質(zhì)量和效率。目前將計算機技術(shù)與電器試驗結(jié)合起來，已經(jīng)是該領(lǐng)域工作人員研究的主要內(nèi)容，本文從交流接觸試驗設(shè)備的角度出發(fā)，分析計算機監(jiān)測技術(shù)以及電壓頻率的具體計算方式。

1 電器試驗裝置中的電壽命裝置分析

對接觸器進行電壽命試驗，主要目的就是判斷接觸器在正常運行的狀態(tài)下，無需修理就可以承受的最大次數(shù)操作，因此，為了令其可以使用不同的條件，在對接觸器進行通斷電試驗操作的過程中，需要符合不同的接通以及分?jǐn)嘞碌呢撦d條件，而為了實現(xiàn)這些負載條件，必須要控制好計算機的閉合系統(tǒng)。通常試驗裝置主要由以下幾方面構(gòu)成，第一是電阻以及由電感構(gòu)成的模擬負載，一般而言，其是可調(diào)節(jié)的，主要是用來調(diào)節(jié)功率因數(shù)以及裝置最大的承載電流。第二是觸電，技術(shù)人員通過切換觸點，即可獲取額定電流，現(xiàn)階段華研586138MB的工業(yè)控制機在計算機試驗中應(yīng)用得較多，其采樣點主要是額定電壓、試品觸點之間的電壓以及回路電流，其中PLC720作為數(shù)字被量輸出板，然后通過固態(tài)繼電器是實現(xiàn)對觸點的控制。該裝置的主要工作原理是由于試品的勵磁線圈分為交流和直流線圈兩種，在直流固態(tài)繼電器的輸出端上還可以安裝上整流橋，通過此種方式，不僅可以令計算機能夠有效控制直流線圈，同時還能實現(xiàn)對交流線圈的有效控制。

2 數(shù)據(jù)采集技術(shù)的具體分析

為了更加精確地描述50以及60 Hz條件下電壓以及電流的波形，采樣周期最好應(yīng)控制在1 ms左右，本試驗設(shè)計的采樣周期就為1 ms，也就是說計算機每隔1 ms即會中斷一次，由于中斷服務(wù)程序的核心作用為數(shù)據(jù)采樣以及邏輯控制，一般來說令計算機中斷的手段有很多，本文主要分析一種無須使用任何外界資源，只需要利用計算機內(nèi)部資源的一種方式。由于計算機的內(nèi)部往往安裝了具有定時計數(shù)功能的芯片8253，因此計數(shù)器0的輸出會連接到內(nèi)部8253中的終端控制器，而計算機系統(tǒng)內(nèi)部，則通過填寫8253計數(shù)器的初始值，令計算機每55 ms即可以出現(xiàn)INT8h的中斷。該裝置最主要的作用就是修改計算機內(nèi)部的時間，從而實現(xiàn)定時操作。具體的實踐方式就是，技術(shù)人員首先取出INT8h的中斷矢量，然后令其重新指向系統(tǒng)，確保其不利用中斷。其次，修改8253計數(shù)器上的初始值，令I(lǐng)NT8h可以從每55 ms就中斷一次變?yōu)? ms才會中斷，每次中斷后技術(shù)人員的主要任務(wù)就是采樣與控制，確保數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。最后，為了盡可能減少對原系統(tǒng)的干擾，令I(lǐng)NTT8h每執(zhí)行55次就運行一次INT60h，利用此種方式，保障INT8h的中斷服務(wù)仍舊可以每55ms就可以運行一次。

3 電網(wǎng)頻率的運行方式分析

當(dāng)前計算機數(shù)據(jù)檢測技術(shù)主要的主要頻率為50或者是60 Hz，技術(shù)人員如何利用計算機收集到的電壓信號計算出電網(wǎng)頻率，是電器試驗裝置的核心技術(shù)，傅里葉變換就為轉(zhuǎn)換信號時域以及頻域的提供了良好的方法，利用此種方式，技術(shù)人員可以用其求出視域信號的視覺頻譜，與此同時通過信號的頻譜，還可以重現(xiàn)時域信號。即利用以下公式：

該公式中h(t)表示的是時域信號，H(f)則表示的是與其相對應(yīng)的頻域信號，H(f)通常表示的是一個復(fù)函數(shù)，其主要包括實部以及虛部，即，該數(shù)據(jù)也可以利用幅度以及相位表示，即，其中，，從其運行的情況上來分析，在對信號進行采樣的過程中，經(jīng)常是在有限的時間內(nèi)進行的，這一時間區(qū)間被稱之為時間窗，技術(shù)人員需要在有限的時間內(nèi)，收集采樣數(shù)據(jù)以及相應(yīng)的對應(yīng)譜。從上述幾個特征量來分析其時間間隔，譜的給定的分量周期用1/f0表示，時間窗口的周期可以用1/fw，采樣周期則為1/fs，上述頻域的特征值主要有譜峰頻率f0，譜峰的寬度用表示fw，譜的周期重復(fù)間隔為fs。一旦被觀測信號的初始相角為0，其正弦信號為單色信號，一旦存在f0=Nfw，此種狀態(tài)下，譜的單色性最佳，否則就會出現(xiàn)形狀為sin(f) /f的譜分布方式，此種情況被稱之為譜泄露，由于被觀測信號其初始相位0以及N屬于整數(shù)，但是在實際操作中難以有效控制。因此，為了盡可能減少譜泄露對整個譜分析過程造成的干擾，因此為了確保試驗結(jié)果，可以適當(dāng)?shù)匮娱L觀測時間，然后利用標(biāo)準(zhǔn)正弦波計算通過時間窗而造成的譜泄露出現(xiàn)的頻譜。另外，根據(jù)直接傅里葉的變換運算方式，技術(shù)人員需要對N個采樣點進行N2的運算，運行速度較慢，而根據(jù)快速傅里葉變換，可以將計算次數(shù)降低到(N/2)log2N，顯著提升了計算速度，為數(shù)字信號的處理提供了較大的便利。除此之外，根據(jù)傅里葉變換公式，計算頻率的具體方式為，將電壓采樣的N個數(shù)據(jù)放入到數(shù)組X(N)中，然后利用公式對其進行變換，最終將結(jié)果實部放在數(shù)組x(n)中，計算出實部以及虛部絕對值最大位置相對應(yīng)的n，從而利用以下公式即可以求出計算電網(wǎng)的頻率f0=nfs/N，從該公式可以看出，采樣數(shù)據(jù)N直接影響著電網(wǎng)頻率的計算精確度，因此，為了確保計算結(jié)果的精確性，技術(shù)人員應(yīng)盡可能多收集一些采樣數(shù)據(jù)。

4 功率因數(shù)的具體計算方式分析

由于電壓以及電流相位差的余弦值被稱之為功率因數(shù)，因此，技術(shù)人員只需要對電壓以及電流進行數(shù)據(jù)采樣，就可以計算出其具體的相位，然后令相位相減，則可以根據(jù)減法后的余弦值，也就是功率因數(shù)?，F(xiàn)階段大部分設(shè)備中使用的供電電源均為50或者是60Hz的余弦值，然后信號的相角即可以被確定為，當(dāng)對上述公式進行分析時發(fā)現(xiàn)，一旦觀測的譜峰寬度為fw無法符合f0=Mfw，在計算初始相角時，可以假設(shè)tw=Mt0+tΔ，θ=2πf0tΔ，則：

5 計算機檢測與處理技術(shù)的算法仿真以及應(yīng)用分析

在對上述裝置進行仿真研究的過程中，首先需要假設(shè)電壓以及電流的信號，分別為，采樣點數(shù)可以用N=28，即為256表示，而次奧洋頻率f則為200 Hz，當(dāng)電網(wǎng)的頻率設(shè)計為50Hz時，則可以計算求出電網(wǎng)頻率約為50.23 Hz，一旦將其進行取整，則可以計算出裝置電壓取角α=-30.00055°，則電流的初始角通過計算約為α=-60.00055°，而當(dāng)電網(wǎng)的頻率設(shè)置為f=60 Hz時，則可以計算得出整個頻率約為60.44 Hz，將其取整數(shù)后，則電壓的初始角為α=-29.98834°，電流的初始角約為α=-59.988°，為了確保數(shù)據(jù)計算的準(zhǔn)確性，可以盡量多選取一些采樣點數(shù)，但是一旦其增加，計算任務(wù)以及計算時間就會相應(yīng)增加，降低頻率以及功率因數(shù)的計算效率，由此可以看出，上述裝置用來采樣的點數(shù)以及采樣頻率可以用的以上公式計算出來，基本上能夠滿足相關(guān)的要求，但是如果還需要進一步提升數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，則必須額外添加DSP該一技術(shù)正處于不斷的研究中。

6 DSP系統(tǒng)在數(shù)據(jù)檢測以及處理技術(shù)中的應(yīng)用分析

DSP系統(tǒng)在計算機中涉及的內(nèi)容較多，該系統(tǒng)具有初始化數(shù)據(jù)的功能，一旦其從外部獲取到了數(shù)據(jù)信息，則可以對其展開加速度計，然后將陀螺輸出的信號轉(zhuǎn)化為數(shù)字量，最終結(jié)合實際要求從而計算出角速度以及加速度等數(shù)據(jù)，利用該系統(tǒng)，還可以整個各自的誤差方程，然后利用卡爾曼濾波法展開求解，最后計算得出系統(tǒng)中可能存在的誤差，最后根據(jù)這個誤差值，對整個系統(tǒng)進行補償處理，有利于技術(shù)人員收集到正確的信息，并未將上述信息傳輸?shù)娇刂茊卧咸峁┹^大的便利。除此之外，從該系統(tǒng)的軟件上來分析，其除了具有電源模塊外，還擁有數(shù)據(jù)信息收集設(shè)計模塊，在對溫度或者是模擬信號的信息進行收集的過程中，可以將信號進行放大處理，然后利用AD計算出來，并且還可以利用FPGA進行相應(yīng)的運算。DSP啟動模塊是整個DSP系統(tǒng)的核心內(nèi)容，一旦該模塊連接上電源后，將會自動將芯片上的應(yīng)用程序轉(zhuǎn)移到RAM中，并且將其外擴為RAM應(yīng)用程序，通常來說，由于RAM芯片中含有IK字節(jié)空間，因此，技術(shù)人員可以通過編制一段程序，進行一下操作，首先設(shè)計一個較為合理的EMIF產(chǎn)出，然后對外部的RAM模塊進行初始化還原操作，最后將Flash系統(tǒng)中的應(yīng)用程序轉(zhuǎn)移到其他位置，將程序控制權(quán)上交到RAM系統(tǒng)程序中，令編制的應(yīng)用程序?qū)π畔?shù)據(jù)展開編譯，并錄入到系統(tǒng)芯片中，則一旦裝置與電源連接，就能自動收集和檢測信息數(shù)據(jù)，進一步優(yōu)化整個裝置的設(shè)計，令其朝著更加智能化的方向發(fā)展。另外，通過此種方式雖然檢測的準(zhǔn)確率較高，但是由于系統(tǒng)中輸出的是模擬信號，因此，只有將其轉(zhuǎn)化為FPGA信號，技術(shù)人員才能對其進行收集和整理，再加上由于I/F這一轉(zhuǎn)換方式，主要是從電荷平衡理論中演化而來的，因此，當(dāng)利用標(biāo)準(zhǔn)電流形成積分電荷量的這一過程，相關(guān)的技術(shù)人員必須要不斷地修正積分荷量，才能確保整個計算過程的準(zhǔn)確性?？傊?，在利用DSP技術(shù)對數(shù)據(jù)運算系統(tǒng)展開設(shè)計的過程中，不僅能夠?qū)φ麄€設(shè)計程序予以優(yōu)化，同時還可以確保計算數(shù)據(jù)的精確性，進一步擴大其應(yīng)用范圍。

結(jié)束語：總而言之，在電器試驗中應(yīng)用計算機檢測以及處理技術(shù)，不僅能夠顯著提升電器試驗工作質(zhì)量和效率，同時還能降低工作人員的工作量，現(xiàn)階段該技術(shù)被廣泛應(yīng)用在電器試驗檢測中，因此，相關(guān)的技術(shù)人員需要重視計算機檢測以及處理技術(shù)的研究工作，進一步豐富該技術(shù)的內(nèi)容，充分發(fā)揮其作用。